一种腔内倍频光纤激光器的制作方法

本发明涉及激光领域，特别是涉及一种腔内倍频光纤激光器。

背景技术：

1、铜是世界上应用量仅次于铁、铝的第三大金属材料。由于铜材料出众的导电性，锂电行业尤其是新能源汽车动力电池中大量使用铜材料。目前动力电池加工中主流是使用大功率的红外光纤激光器做铜的焊接。然而在室温下，铜对近红外光(波长约1微米)吸收率不到5％，因此用红外光来加工铜材效率极低，而铜对绿光(波长为515nm和532nm)吸收率高达40％以上，因此相比于红外波段，用绿光做铜的焊接效率会更高，而且用绿光进行激光焊接几乎没有飞溅。飞溅对电池加工的影响极大，飞溅物会影响电池的生产安全、性能和寿命。目前绿光主要通过基于非线性晶体的腔外倍频技术获取，这种倍频方式存在转换效率低导致的激光器整体输出功率低，需要处理废光从而增加结构复杂度，降低整体电光效率等问题。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提出了一种腔内倍频光纤激光器。

2、本发明的目的通过以下技术方案实现：

3、一种腔内倍频光纤激光器，包括若干正向ld泵浦源和反向ld泵浦源；其中正向ld泵浦源连接有正向泵浦合束器，正向泵浦合束器的输出端连接增益光纤的一端，正向泵浦合束器的合束端连接高反光栅；反向泵浦合束器的输出端连接增益光纤另一端，反向泵浦合束器的合束端连接qbh输出头，沿所述qbh输出头输出红外激光的方向依次布设有凸透镜一、偏振片、1/2波片、带通滤波片、凸透镜二、非线性晶体和凹面双波长全反镜，配合带通滤波片安装有绿光波段加工头；

4、其中，正向ld泵浦源和反向ld泵浦源分别通过正向泵浦合束器和反向泵浦合束器向增益光纤注入能量产生红外激光，而两侧的高反光纤光栅和凹面双波长全反镜构成谐振腔结构，在谐振腔结构内部，偏振片的作用是起偏，将偏振方向为s的线偏光保留，而偏振方向为p的线偏光反射后耗散，从而在谐振腔内部形成偏振方向为s的线偏光振荡；1/2波片的作用是把偏振方向为s的线偏光调整到最佳方向入射到非线性晶体，以保障最大的非线性倍频转化效率；

5、在谐振腔结构内部，s方向线偏振红外激光经过qbh准直输出头后达到凸透镜一形成第一平行光，第一平行光中的偏振方向为s的线偏光顺序经过偏振片、1/2波片、带通滤波片后，再经过凸透镜二聚焦进入非线性晶体，在非线性晶体内部发生非线性倍频转换，使得部分红外激光转化成绿色激光，红外激光和绿色激光达到凹面双波长全反镜后被反射，再次进入非线性晶体，在非线性晶体内再次倍频使得部分红外激光形成绿色激光，然后剩余的红外激光以及绿色激光经过凸透镜二形成第二平行光，第二平行光在经过带通滤波片时，其中的红外激光部分全部经过带通滤波片，并最终达到高反光栅被反射，而绿色激光在带通滤波片这里被反射输出，进入加工头，对有色金属进行加工；如此过程在谐振腔内反复发生，红外激光在谐振腔内经过增益光纤又被放大，放大后的红外激光再次进入非线性晶体，这样在谐振腔内以光速反复发生反射、放大、倍频的过程，持续输出绿色激光。

6、进一步的改进，所述带通滤波片与红外激光传播方向成45°角设置，带通滤波片的镀膜针对1μm波段红外光0°高透射，针对500nm波段绿光为45°高反射。

7、进一步的改进，所述绿色激光的波长范围480-550nm，红外激光的波长范围960-1100nm。

8、进一步的改进，所述凹面反射镜的焦点处于非线性晶体的中轴线上，并且位于非线性晶体中心位置，与凸透镜二的焦点相重合。

9、进一步的改进，所述1/2波片连接有旋转装置，旋转装置用于带动1/2波片旋转调节，以使得线偏振红外激光的偏振方向对齐非线性晶体的快轴或慢轴。

10、进一步的改进，所述旋转装置为伺服电机，具备旋转锁紧装置。

11、进一步的改进，所述凹面反射镜表面镀有双波长0°高反膜。

12、进一步的改进，所述高反光栅和高反膜的反射率均不低于95％。

13、进一步的改进，所述加工有色金属包括但不限于铜和铝。

14、进一步的改进，所述非线性晶体包括但不限于ktp、rtp、bbo、lbo、ln非线性晶体，以及周期性极化非线性晶体。

15、本发明的有益效果在于：

16、本发明使得1μm波段红外光可以反复在高反光栅和凹面镜所构成的谐振腔中振荡，每次振荡都产生倍频效应，生成绿光输出，无红外波段废光产生，倍频转换效率接近100％，降低能耗，进而降低加工成本。

技术特征：

1.一种腔内倍频光纤激光器，包括若干正向ld泵浦源(13)和反向ld泵浦源(11)；其中正向ld泵浦源(13)连接有正向泵浦合束器(12)，正向泵浦合束器(12)的输出端连接增益光纤(2)的一端，正向泵浦合束器(12)的合束端信号纤连接高反光栅(1)；反向泵浦合束器(3)的输出端连接增益光纤(2)另一端，反向泵浦合束器(3)的合束端信号纤连接qbh输出头(4)，其特征在于，沿所述qbh输出头(4)输出红外激光的方向依次布设有凸透镜一(5)、偏振片(14)、1/2波片(6)、带通滤波片(7)、凸透镜二(8)、非线性晶体(9)和凹面双波长全反镜(10)，配合带通滤波片(7)安装有绿光波段加工头；

2.如权利要求1所述的腔内倍频光纤激光器，其特征在于，所述带通滤波片(7)与红外激光传播方向成45°角设置，带通滤波片(7)的镀膜针对1μm波段红外光0°高透射，针对500nm波段绿光为45°高反射。

3.如权利要求1所述的腔内倍频光纤激光器，其特征在于，所述绿色激光的波长范围480-550nm，红外激光的波长范围960-1100nm。

4.如权利要求1所述的腔内倍频光纤激光器，其特征在于，所述凹面反射镜(10)的焦点处于非线性晶体(9)的中轴线上，并且位于非线性晶体中心位置，与凸透镜二(8)的焦点相重合。

5.如权利要求1所述的腔内倍频光纤激光器，其特征在于，所述1/2波片(6)连接有旋转装置，旋转装置用于带动1/2波片(6)旋转调节，以使得线偏振红外激光的偏振方向对齐非线性晶体的最佳入射光轴。

6.如权利要求5所述的腔内倍频光纤激光器，其特征在于，所述旋转装置为手动或伺服电机，具备旋转后锁紧装置。

7.如权利要求1所述的腔内倍频光纤激光器，其特征在于，所述凹面反射镜(10)表面镀有双波长0°高反膜。

8.如权利要求7所述的腔内倍频光纤激光器，其特征在于，所述高反光栅(1)和高反膜的反射率均不低于95％。

9.如权利要求1所述的腔内倍频光纤激光器，其特征在于，所述加工有色金属包括但不限于铜和铝。

10.如权利要求1所述的腔内倍频光纤激光器，其特征在于，所述非线性晶体(9)包括但不限于ktp、rtp、bbo、lbo、ln非线性晶体，以及周期性极化非线性晶体。

技术总结
本发明公开了一种腔内倍频光纤激光器，包括若干LD泵浦源，LD泵浦源分别连接有正向泵浦合束器和反向泵浦合束器。其中正向泵浦合束器的输出端连接增益光纤，正向泵浦合束器合束端信号纤连接高反光栅。反向泵浦合束器的输出端连接增益光纤，反向泵浦合束器的合束端信号纤连接QBH输出头，沿所述QBH输出头输出红外激光的方向依次布设有凸透镜一、偏振片、1/2波片、45°带通滤波片、凸透镜二、非线性倍频晶体以及凹面双波长全反镜。本发明使得1μm波段红外激光在高反光栅和凹面全反镜所构成的谐振腔中振荡，每次振荡都产生倍频效应，只有绿光输出，无红外波段废光输出，倍频转换效率接近100％，降低能耗，进而降低加工成本。

技术研发人员：陈燧,郭少锋,彭杨,黎全
受保护的技术使用者：湖南大科激光有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14